论文部分内容阅读
随着精品课程、微格教学、课堂实录、名师讲座等录像课摄制类型在学校的大量推行，学校需要解决摄制人员不足、课堂场景不能全方位录制等问题。由于每次摄制都需要至少两人对课堂进行跟踪拍摄，非常耗费人力，所以急需课堂跟踪系统，以减少工作人员的工作难度和工作量，提高工作效率。
本学院技术人员通过对目前市场上一些录播产品的分析比较，发现使用图像识别技术可有效地解决画面切换生硬、跳跃、不稳定的问题，具有抗干扰、使用方便和跟踪区域设置灵活等优点，并且教师不需佩戴跟踪设备就能进行拍摄。因此，使用全自动录播系统，不需要技术人员在现场，减少了对教师、学生的干扰，从而保证了课堂真实效果的还原。
一、多功能全自动录播课室的使用领域
主要应用领域：国家级精品课程和省级精品课程录制，建立学院优秀/骨干教师课程库；教学管理人员通过网络管理监控进行教学评估、评比，更方便、准确、客观；搭建相互观摩、借鉴的网络平台；加强信息化资源库的建设；建立在线学习平台，实现学生自主学习、优质资源共享的学习环境。
其他可应用的领域：网络课件制作、精品课程建设，微格教室建设，网络远程教育、培训，会议实时直播、录播，多方教学研讨，优秀教师的教学成果建设，教学管理、评估，网络自主学习管理，优质动态教育资源的建设和共享，小型学术会议、名师讲座，网络电视台建设。
二、建设方案
1.场地设置
本学院选用一间面积约80平米的课室，将其建设为多功能全自动录播室，布线图如下：
2.系统功能
此系统可支持单流录制模式和多流录制模式，同时具有人工导播、一键式全自动录制和自动跟踪等多种功能。
全自动录播：全自动录播功能启动后，拍摄过程全部采用自动化技术完成；停止全自动录播功能后直接生成一段音视频片段，片段中包含教师的视频、学生的视频、交互的视频、板书的视频、主讲电脑讲义的内容；视频可采用自动跟踪目标拍摄、图像以特写的方式显示。
实时导播平台：实现由后台管理人员通过导播平台对3路视频和1路VGA信号进行切换，所有的输入图像都集中在一个显示屏上，操作人员只要用鼠标点击相应的图像标识，就能切换相应的图像，而不需要操作者具有太多的专业知识。
单流和多流技术：单流录制模式指多路视频及VGA信号整合成1路视频进行录制，观看端显示的是整合后的1路视频画面。画面内容支持多路视频、VGA信号的切换显示，支持画中画，单流多画面等各种显示模式。各种显示模式间可以无缝切换。
多流录制模式：多流录制模式指多路视频及VGA信号同步录制，生成一个独立的文件，每一路录制的视频都是完整的，可通过编辑软件在后期把其中任意一路视频导出。各路视频之间没有画面覆盖的情况，能保留最完整的素材资料。
“一键式”控制：教师可以远程控制录播系统，也可通过讲台上的中控面板实现“一键式”自动录制，通过面板上的按钮启动和停止录制过程。系统简单易用，教师可自行录制课件。
远程管理与观看：管理者可以在局域网内登录管理使用系统，通过IE浏览器可以管理系统所有的功能，支持远程管理模式。
一体化录播主机：录播主机具有同步录制、实时直播、在线点播、实时导播、自动跟踪、多方交互、后期编辑等多种功能，全部功能集中在一台设备内，可通过IE直接管理。
视音频硬件采集：VGA分辨率支持1600×1200，帧率最高支持30帧/秒，满足高清和动态要求。VGA：15针标准VGA接口，1路输入、1路环出，分辨率最大1600×1200，刷新频率85Hz，编码帧率可达30fps。VGA编码：可选H.264/MPEG4编码，MPEG4编码48Kbps~10Mbps可调。
录播面板：配置3.2寸TFT液晶屏与控制按钮，实现开/关机、直播、录制的启动和停止、系统运行状态、系统配置、文件拷贝等功能。提供标准USB接口，可接入移动存储设备，通过控制面板操作复制存储在设备中的视频片段。
图像识别跟踪：图像识别跟踪系统是新一代图像识别跟踪系统，能够应用于不同的环境与场合，结合具体的场合，能够实现多个活动过程的识别跟踪。这些活动过程可以是教师演讲、学生发言、板书内容。此技术可实现：既要跟踪拍摄走动的教师，又要跟踪拍摄互动的学生，在不干扰现场气氛的情况下，又能录制到高质量的视频片段。
三、传统录播系统与多功能全自动录播系统的对比分析
1.传统教师跟踪系统与基于图像识别技术的教师跟踪系统的对比分析
传统教师跟踪系统：画面不连续；因光线或外来电磁波可造成干扰；系统结构复杂，操作使用比较烦琐，教师需佩戴使用跟踪设备；当教师移动速度过快时，感应器感应不到触发目标，系统将无法拍摄到教师画面，不能根据教师活动情况进行自动调焦。
基于图像识别技术的教师跟踪系统：画面连续、稳定、平滑，有较强的层次感；不受声音、电磁波、红外线、光线等外在环境影响，抗干扰能力强；教师无需佩戴、操作任何跟踪设备，无需在环境中安装任何感应设备；无论教师在做任何动作都能自动跟踪，无盲区情况出现，跟踪过程不受被跟踪者移动速度快慢的影响，避免了采用红外等感应方式容易被遮挡从而造成跟踪丢失的问题。
2.传统学生定位系统与基于图像识别技术的学生定位系统的对比分析
传统学生定位系统：无论是学生操作或教师操作按键定位，还是无线MIC定位，都会直接影响到课堂上的教学氛围，打断教师教学节奏，扰乱学生听课注意力；无特写拍摄，只能观看到发言者，不能完整清晰地看到学生发言者画面；定位设备易遗失、损坏。
基于图像识别技术的学生定位系统：整个系统自动完成对学生的定位，无需手工干预，保证课堂教学的顺利进行，跟踪系统不受声音、电磁波、红外线、光线等外在的环境影响；系统自动定位、自动变焦，为发言学生提供特写镜头；无需操作任何跟踪设备或使用红外跟踪的麦克风。对环境无特殊要求，无需安装任何感应设备。
3.传统自动录播系统与智能导播系统的对比分析
传统自动录播系统：人工切换，应用比较烦琐、易出错，不便于教学活动录制过程使用；画面切换生硬，从一幅视频画面直接切换至下一幅视频画面，无导播特效切换功能；仅限于各视频画面间的简单切换，不能针对不同教学环境应用不同的切换策略。
智能导播系统：智能切换，采用先进的图像识别技术，无需任何附加设备或人为操作，自动识别各场景活动变化内容，自动切换到教学活动核心部分；支持自动字幕和手动字幕两种字幕发布方式；支持滑行、溶解等特技效果的画面切入与切出；用户自定义添加图片/文字；在切换所有信号输出前可进行预览；多种策略，以实际教学为基准，采用多种不同的跟踪与切换策略，能在恰当的时刻将画面切换到需要的场景，准确表达教师的意图，学习者的需要。
四、校园多功能全自动录播课室建设的意义
1.丰富的教学/学习资源
通过录播课室所拍摄的视频资源可供教师与学生互相学习、交流，以探索更新型的教学、学习方法，并能让学生巩固所学的知识和弥补遗忘的学习内容。
2.资源库建设规划
可建设汉语学习平台、微格教学平台、课堂实录平台、名师课堂资源库等教学/学习资源库。
3.制作远程教育、考试辅导等电视教材
本院在华文远程教育、汉语推广、HSK考试辅导、联招考试辅导方面已经有比较丰富的经验与一定的基础，如能将这些资源制作为视频或电视教材，将有助于推动华文教育、汉语推广等的发展。
4.降低了课件制作成本与周期
在传统的录制方式中，需要使用DV录像带录制，2节课通常需要使用2盒录像带，需要2台摄像机进行拍摄，摄像机录完后需转换格式到电脑上才能编辑，转格式时间与录制时间相同。同样是录2节课，如果使用全自动录播系统，课堂结束后即可生成3路视频，不需另外编辑，教师或学生也可即时将所需视频带走，节省了DV录像带的支出，减少了设备的损耗，提高了工作效率。
5.实现多教室大面积的课堂实时录制直播
通过采用课堂录制直播系统，可同时录制直播多间教室的授课内容，供不同地方的学生进行实时同步学习，如果网络设备条件充分，亦可推向世界各地，以推广汉语学习。
6.提供集成化的“教”与“学”环境
教师可以通过系统创建网络课程，学生可以自主选择要学习的课程并自主进行课程内容学习。学生之间、教师之间以及教师与学生之间可以根据教学的需要进行讲座交流。系统为教师、学生提供了强大的施教和学习的网上虚拟环境，成为师生沟通的桥梁。
7.加强教学管理与评估，实现可持续发展
通过分析课堂实录等资料，对教学质量进行管理与评估，改进教学方法，这部分资源将为教学提供借鉴。
基金项目：广东省教育科学“十一五”规划项目“留学生汉语句子阅读过程中句法和语义作用的认知心理机制”（批准号：08SXQ002）
（作者单位：广东广州市暨南大学华文学院网络与教育技术中心）
本学院技术人员通过对目前市场上一些录播产品的分析比较，发现使用图像识别技术可有效地解决画面切换生硬、跳跃、不稳定的问题，具有抗干扰、使用方便和跟踪区域设置灵活等优点，并且教师不需佩戴跟踪设备就能进行拍摄。因此，使用全自动录播系统，不需要技术人员在现场，减少了对教师、学生的干扰，从而保证了课堂真实效果的还原。
一、多功能全自动录播课室的使用领域
主要应用领域：国家级精品课程和省级精品课程录制，建立学院优秀/骨干教师课程库；教学管理人员通过网络管理监控进行教学评估、评比，更方便、准确、客观；搭建相互观摩、借鉴的网络平台；加强信息化资源库的建设；建立在线学习平台，实现学生自主学习、优质资源共享的学习环境。
其他可应用的领域：网络课件制作、精品课程建设，微格教室建设，网络远程教育、培训，会议实时直播、录播，多方教学研讨，优秀教师的教学成果建设，教学管理、评估，网络自主学习管理，优质动态教育资源的建设和共享，小型学术会议、名师讲座，网络电视台建设。
二、建设方案
1.场地设置
本学院选用一间面积约80平米的课室，将其建设为多功能全自动录播室，布线图如下：
2.系统功能
此系统可支持单流录制模式和多流录制模式，同时具有人工导播、一键式全自动录制和自动跟踪等多种功能。
全自动录播：全自动录播功能启动后，拍摄过程全部采用自动化技术完成；停止全自动录播功能后直接生成一段音视频片段，片段中包含教师的视频、学生的视频、交互的视频、板书的视频、主讲电脑讲义的内容；视频可采用自动跟踪目标拍摄、图像以特写的方式显示。
实时导播平台：实现由后台管理人员通过导播平台对3路视频和1路VGA信号进行切换，所有的输入图像都集中在一个显示屏上，操作人员只要用鼠标点击相应的图像标识，就能切换相应的图像，而不需要操作者具有太多的专业知识。
单流和多流技术：单流录制模式指多路视频及VGA信号整合成1路视频进行录制，观看端显示的是整合后的1路视频画面。画面内容支持多路视频、VGA信号的切换显示，支持画中画，单流多画面等各种显示模式。各种显示模式间可以无缝切换。
多流录制模式：多流录制模式指多路视频及VGA信号同步录制，生成一个独立的文件，每一路录制的视频都是完整的，可通过编辑软件在后期把其中任意一路视频导出。各路视频之间没有画面覆盖的情况，能保留最完整的素材资料。
“一键式”控制：教师可以远程控制录播系统，也可通过讲台上的中控面板实现“一键式”自动录制，通过面板上的按钮启动和停止录制过程。系统简单易用，教师可自行录制课件。
远程管理与观看：管理者可以在局域网内登录管理使用系统，通过IE浏览器可以管理系统所有的功能，支持远程管理模式。
一体化录播主机：录播主机具有同步录制、实时直播、在线点播、实时导播、自动跟踪、多方交互、后期编辑等多种功能，全部功能集中在一台设备内，可通过IE直接管理。
视音频硬件采集：VGA分辨率支持1600×1200，帧率最高支持30帧/秒，满足高清和动态要求。VGA：15针标准VGA接口，1路输入、1路环出，分辨率最大1600×1200，刷新频率85Hz，编码帧率可达30fps。VGA编码：可选H.264/MPEG4编码，MPEG4编码48Kbps~10Mbps可调。
录播面板：配置3.2寸TFT液晶屏与控制按钮，实现开/关机、直播、录制的启动和停止、系统运行状态、系统配置、文件拷贝等功能。提供标准USB接口，可接入移动存储设备，通过控制面板操作复制存储在设备中的视频片段。
图像识别跟踪：图像识别跟踪系统是新一代图像识别跟踪系统，能够应用于不同的环境与场合，结合具体的场合，能够实现多个活动过程的识别跟踪。这些活动过程可以是教师演讲、学生发言、板书内容。此技术可实现：既要跟踪拍摄走动的教师，又要跟踪拍摄互动的学生，在不干扰现场气氛的情况下，又能录制到高质量的视频片段。
三、传统录播系统与多功能全自动录播系统的对比分析
1.传统教师跟踪系统与基于图像识别技术的教师跟踪系统的对比分析
传统教师跟踪系统：画面不连续；因光线或外来电磁波可造成干扰；系统结构复杂，操作使用比较烦琐，教师需佩戴使用跟踪设备；当教师移动速度过快时，感应器感应不到触发目标，系统将无法拍摄到教师画面，不能根据教师活动情况进行自动调焦。
基于图像识别技术的教师跟踪系统：画面连续、稳定、平滑，有较强的层次感；不受声音、电磁波、红外线、光线等外在环境影响，抗干扰能力强；教师无需佩戴、操作任何跟踪设备，无需在环境中安装任何感应设备；无论教师在做任何动作都能自动跟踪，无盲区情况出现，跟踪过程不受被跟踪者移动速度快慢的影响，避免了采用红外等感应方式容易被遮挡从而造成跟踪丢失的问题。
2.传统学生定位系统与基于图像识别技术的学生定位系统的对比分析
传统学生定位系统：无论是学生操作或教师操作按键定位，还是无线MIC定位，都会直接影响到课堂上的教学氛围，打断教师教学节奏，扰乱学生听课注意力；无特写拍摄，只能观看到发言者，不能完整清晰地看到学生发言者画面；定位设备易遗失、损坏。
基于图像识别技术的学生定位系统：整个系统自动完成对学生的定位，无需手工干预，保证课堂教学的顺利进行，跟踪系统不受声音、电磁波、红外线、光线等外在的环境影响；系统自动定位、自动变焦，为发言学生提供特写镜头；无需操作任何跟踪设备或使用红外跟踪的麦克风。对环境无特殊要求，无需安装任何感应设备。
3.传统自动录播系统与智能导播系统的对比分析
传统自动录播系统：人工切换，应用比较烦琐、易出错，不便于教学活动录制过程使用；画面切换生硬，从一幅视频画面直接切换至下一幅视频画面，无导播特效切换功能；仅限于各视频画面间的简单切换，不能针对不同教学环境应用不同的切换策略。
智能导播系统：智能切换，采用先进的图像识别技术，无需任何附加设备或人为操作，自动识别各场景活动变化内容，自动切换到教学活动核心部分；支持自动字幕和手动字幕两种字幕发布方式；支持滑行、溶解等特技效果的画面切入与切出；用户自定义添加图片/文字；在切换所有信号输出前可进行预览；多种策略，以实际教学为基准，采用多种不同的跟踪与切换策略，能在恰当的时刻将画面切换到需要的场景，准确表达教师的意图，学习者的需要。
四、校园多功能全自动录播课室建设的意义
1.丰富的教学/学习资源
通过录播课室所拍摄的视频资源可供教师与学生互相学习、交流，以探索更新型的教学、学习方法，并能让学生巩固所学的知识和弥补遗忘的学习内容。
2.资源库建设规划
可建设汉语学习平台、微格教学平台、课堂实录平台、名师课堂资源库等教学/学习资源库。
3.制作远程教育、考试辅导等电视教材
本院在华文远程教育、汉语推广、HSK考试辅导、联招考试辅导方面已经有比较丰富的经验与一定的基础，如能将这些资源制作为视频或电视教材，将有助于推动华文教育、汉语推广等的发展。
4.降低了课件制作成本与周期
在传统的录制方式中，需要使用DV录像带录制，2节课通常需要使用2盒录像带，需要2台摄像机进行拍摄，摄像机录完后需转换格式到电脑上才能编辑，转格式时间与录制时间相同。同样是录2节课，如果使用全自动录播系统，课堂结束后即可生成3路视频，不需另外编辑，教师或学生也可即时将所需视频带走，节省了DV录像带的支出，减少了设备的损耗，提高了工作效率。
5.实现多教室大面积的课堂实时录制直播
通过采用课堂录制直播系统，可同时录制直播多间教室的授课内容，供不同地方的学生进行实时同步学习，如果网络设备条件充分，亦可推向世界各地，以推广汉语学习。
6.提供集成化的“教”与“学”环境
教师可以通过系统创建网络课程，学生可以自主选择要学习的课程并自主进行课程内容学习。学生之间、教师之间以及教师与学生之间可以根据教学的需要进行讲座交流。系统为教师、学生提供了强大的施教和学习的网上虚拟环境，成为师生沟通的桥梁。
7.加强教学管理与评估，实现可持续发展
通过分析课堂实录等资料，对教学质量进行管理与评估，改进教学方法，这部分资源将为教学提供借鉴。
基金项目：广东省教育科学“十一五”规划项目“留学生汉语句子阅读过程中句法和语义作用的认知心理机制”（批准号：08SXQ002）
（作者单位：广东广州市暨南大学华文学院网络与教育技术中心）